近日，吉林大學材料科學與工程學院崔小強教授、鄭偉濤教授領導的科研團隊在析氫催化劑研究中取得重要進展，于11月19日在《自然-通訊》上發(fā)表了題為《Single-atom cobalt array bound to distorted 1T MoS2 with ensemble effect for hydrogen evolution catalysis》的研究成果，引起國內外關注。該論文第一作者為吉林大學材料科學與工程學院博士研究生祁琨，崔小強教授、郭少軍教授（北京大學）、鄭偉濤教授為共同通訊作者。
圖片摘自Nature Communications 10, 5231 (2019)
氫能作為一種零排放可再生能源越來越受到廣泛關注，電解水因其高效能量轉換而成為制氫最有效途徑之一，鉑(Pt)是性能最佳的析氫反應(HER)催化劑。然而，由于Pt的高成本和有限儲量限制了其大規(guī)模應用，急需開發(fā)可靠、高效、廉價的HER催化劑替代Pt，單原子催化劑提供了機遇。當金屬活性中心分散到單原子尺度時，急劇增大的表面自由能、量子尺寸效應、不飽和配位環(huán)境和金屬?載體的相互作用等特性將賦予單原子催化劑新奇性能。單原子催化劑最大挑戰(zhàn)為其低金屬原子負載密度，不可控團聚及金屬原子與載體間模糊相互作用關系，從而難以有效增強其催化性能。
該工作報導了一種新型單原子催化劑制備策略(assembly/leaching)：先把鈷(Co)納米盤組裝到二維二硫化鉬(MoS2)上再浸出，獲得了在扭曲金屬相(1T)二硫化鉬上高負載量金屬鈷單原子陣列 (SA Co-D 1T MoS2)。在Co ND-MoS2納米復合材料中，晶格失配導致的應變和在Co與MoS2間形成Co-S共價鍵是實現(xiàn)MoS2從半導體2H相向畸變的金屬1T(D-1T)相轉變的關鍵。
圖片摘自Nature Communications 10, 5231 (2019)
SA Co-D 1T MoS2在酸性電解液中具有類Pt的HER活性，過電位僅為42 mV，Tafel斜率低至32 mVdec-1，且具有優(yōu)異的電化學循環(huán)穩(wěn)定性。其超高的活性源于單Co原子位點與在畸變MoS2的1T相的S位點，其間的協(xié)同作用使得SA Co-D 1T MoS2催化劑具有優(yōu)異的HER活性。
這一研究得到了科技部重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金面上基金、吉林大學高層次科技創(chuàng)新團隊和吉林省長白山學者特聘教授等項目資助。該工作由吉林大學科研團隊與北京大學駱明川博士、郭少軍教授，北京中科院物理所張慶華博士、谷林研究員，北京中科院高壓物理所鄭黎榮研究員，上海中科院應用物理研究所馬靜遠研究員，美國布魯克海文國家實驗室劉萍教授共同合作完成。
